Autophagie/ Autophagozytose

Abbildung: ATG5 Antikörper
  • Autophagie (oder Autophagozytose) wartet die Zelle und erhält Zellfunktionen, indem "Abfallprodukte" entsorgt, beziehungsweise recycelt werden.
  • Das Prinzip der Autophagozytose ist der Schutz gegen Krankheiten. Fehlfunktionen der Autophagozytose können daher zu Krankheiten führen.
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Der Begriff Autophagie oder Autophagozytose stammt aus dem Griechischen, von den Worten "auto", welches "selbst" bedeutet und "phagein" für "fressen". Wie dieser Begriff andeutet, ist Autophagozytose kein Zelltodweg, sondern ein "Selbstkannibalismusweg". Mit Hilfe von lysosomaler Degeneration wird die Zelle von überflüssigen, oder sogar schädlichen, Proteinen und Zellorganellen gereinigt. Der Zweck der Autophagozytose ist es daher eine gesunde Homöostase zu erhalten, indem unerwünschte Zellbestandteile beseitigt werden. Autophagie fungiert also als ein Mechanismus zur Selbsterhaltung und zum Erhalt der Funktionsfähigkeit, indem Abfallprodukte beseitigt, beziehungsweise recycelt werden.

Typen von Degradation

Es sind drei Verschieden Abbauwege von Abfall bekannt, die verschieden Probleme lösen.

  • Pexophagozytose, ein Autophagozytoseweg der Peroxisome zerlegt
  • Mitophagozytose, zur Zersetzung von Mitochondrien
  • Xenophagozytose, zur Zerstörung von Bakterien und Viren

Folglich ist die Autophagozytose ein Recyclingweg, der zum Erhalt der Zellfunktionen und der Homöostase beiträgt.

Erst in den letzten Jahren hat man begonnen, die unterliegenden Prozesse der Autophagozytose zu verstehen, obwohl Autophagozytose als Konzept seit 40 Jahren bekannt ist. Heute sind über 30 Autophagozytosegene bekannt (ATG-genes).

Autophagozytoseprozesse

Einer Zelle stehen verschiedene Methoden zur Abfallbeseitigung zur Verfügung. Heute sind drei verschiedene Prozesse bekannt:

  • Mikroautophagocytose wird das direkte einschließen durch die Lysosomen genannt
  • Macroautophagocytose erfordert die Bildung einer Doppelmembranstruktur, die Autophagosom genannt wird, und die Material an die Lysosomen zur Zersetzung liefert
  • CMA (von engl.: Chaperone-mediated autophagy) sorgt für das Recycling von Proteinen, die aufgrund einer bestimmten Konsensussequenz als Zytosolproteine erkannt werden. Die Proteine werden bei diesem Prozess einzeln in das Lysosom transportiert. Es können auf diese Art lediglich einzelne Proteine, nicht aber Organellen zerstört werden.

Autophagozytose ist ein alltäglicher Prozess, der Zellwachstum und Entwicklung entscheidend beeinflusst, indem er die Balance zwischen Synthese und Abbau des Zellinhalts erhält.

Gründe für Autophagozytose

Heute sind drei Hauptgründe oder Auslöser für Autophagozytose bekannt:

  • Nährstoffmangel: eine Verringerung der Menge an Aminosäuren führt zu Autophagozytoseprozessen
  • Infektionen: Autophagozytose spielt eine Rolle in der Bekämpfung von Bakterien und Viren und ist damit Bestandteil des angeborenen Immunsystems
  • Pflegeprozesse: Proteine und Organellen werden hierbei recycelt

Molekulare Induktion der Autophagozytose:

Abbildung: mTOR Antikörper
Autophagozytose kann durch externe und interne Stimuli ausgelöst werden. Der Nährstoffsensor übt einen inhibierenden Effekt aus. Unter Bedingungen des Nährstoffmangels wird inaktiviert, was zu einer Aktivierung der Autophagozytose führt. Folgerichtig führt also eine Unterversorgung mit Nährstoffen zu Autophagozytose. Wie bereits erwähnt gibt es mehr als 30 Gene, die in Folge der Aktivität angesteuert werden und Autophagozytose auslösen. Diese Prozesse, die Autophagozytose regulieren, unterliegen vielen Wechselwirkungen und damit einer empfindlichen Balance.

Rolle bei Krankheiten

Im Prinzip hilft die Autophagozytose beim Schutz gegen Krankheiten, beispielsweise Krebs, Neurodegeneration, bakteriellem Befall oder viralen Infektionen sowie gegen das Altern und Herzkrankheiten. Wenn aber die Autophagozytose fehlerhaft funktioniert kommt es zu spezifischen Erkrankungen.

Krankheit Aktivierung der Autophagozytose Inaktivierung der Autophagozytose
KREBS
Frühe Phase Blockiert Tumorwachstum Fördert Tumorwachstum
Verhindert das Zellen Autophagozytose betreiben nachdem mit Antikrebsmedikamenten behandelt wurde
Späte Phasen Fördert Überleben von Zellen in gering-vasularizierten Tumoren
Fördert Entfernung von geschädigten intrazellularen Makromolekülen nach Krebsbehandlung		 Verhindert Überleben von Zellen in gering-vasularizierten Tumoren
Verbessert Wirkung von Antikrebsmedikamenten; geschädigte Makromoleküle können nicht beseitigt werden
Gefäßmyopathien Fördert Entfernung zytosolischer Autophagievakuolen und Proteinansammlungen Akkumulation autophagozytotischer Vakuolen, die Skelett-und Herzmuskeln schwächen
Führt zu Muskelschwund, wenn hoch aktiviert  
NEURODEGENERATION
Frühe Phasen Fördert die Entfernung von Zytosolproteinaggregaten Fördert die Akkumulation von Zytosolproteinaggregaten
Späte Phasen Zerstört beschädigte Neuronen mittels Zelltod Akkumulation von Autophagievakuolen die Vesikeltransport verändern
Axonenschäden Steigert Entfernung von Neurotransmittervesikeln und beschädigten Organellen Verhindert Entfernung von Neurotransmittervesikeln und beschädigten Organellen
  Nerotransmitterausschüttung führt zu Apoptose
Liefert Energie zur Membranregeneration Verlangsamt Regeneration
Infektionskrankheiten Fördert Vernichtung von bakteriellen- und virulenten Pathogenen Fördert Überlebensbedingungen für Bakterien die Autophagosomreifung verhindern
Ermöglicht virale Infektion

Krankheitsfördernde Effekte in Kursiv

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